Evolution of caudal translational repression in higher insects
Evolution der translationalen Repression von caudal in höheren Insekten
by Claudia Jasmin Rödel
Date of Examination:2011-01-10
Date of issue:2011-03-03
Advisor:Dr. Michalis Averof
Referee:Prof. Dr. Ernst A. Wimmer
Referee:Prof. Dr. Gregor Bucher
Referee:Prof. Dr. Andreas Wodarz
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Size:32.7Mb
Format:PDF
Description:Dissertation
Abstract
English
The anterior patterning factor bicoid (bcd) mediates translational repression of caudal (cad) in Drosophila embryos and is an evolutionary novelty present only in higher dipterans. Therefore other insect species must follow different strategies to restrict cad expression. Interestingly, BCD translationally represses the mRNA of the cad homologue of Tribolium castaneum (Tc cad) when expressed in Drosophila embryos. The region to which BCD binds has been speculated to be in the Tc cad 3 UTR and raised the question whether BCD may recognize regulatory element(s) that are conserved between Drosophila, Tribolium and other insect species. By establishing an in vivo sensor for BCD-mediated translational repression I was able to identify small regions in the cad 3 UTR of Drosophila and the horsefly Haematopota pluvialis that mediate BCD-dependent translational repression. These elements show similarities in their predicted secondary structures, which could be the basis for a conserved BCD-binding element. Using electrophoretic mobility shift assays I could show direct binding of the BCD homeodomain to these 3 UTR regions. The BCD-binding region of the Dm cad 3 UTR co-localizes with a target site of the microRNA miR-308 and mutations in this region abolish miRNA-binding and BCD-mediated translational repression. Furthermore, different BCD isoforms are able to mediate translational repression of sensors carrying BCD-binding regions. Taken together, these findings suggest that alternative mechanism(s) for the translational repression of cad mRNA are likely to exist in Drosophila and may also be present in other insect species.
Keywords: bicoid; caudal; translational repression; microRNA; Drosophila melanogaster; Tribolium castaneum; Haematopota pluvialis; mRNA; Evolution
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Der anterior lokalisierte Entwicklungsfaktor bicoid (bcd) steuert the translationale Repression von caudal (cad) in Drosophila Embryos. Das bcd Gen kommt im Gegensatz zu cad nur in einer abgeleiteten Gruppe von Diptera vor. Die Expression von cad in anderen Insektenarten muss daher auf andere Weise reguliert sein. Interessanterweise kann BCD die Translation des Tribolium castaneum cad Homologs (Tc cad) reprimieren, wenn es in transgenen Drosophila Embryos exprimiert ist. Der Bereich an dem BCD in der Tc cad mRNA bindet, liegt wahrscheinlich in der 3 UTR des Transkripts und es stellt sich die Frage, ob BCD an ein konserviertes Element in den unterschiedlichen mRNAs bindet. Mit Hilfe eines in vivo Sensor-Assays wurden kurze Regionen in den 3 untranslatierten Regionen (3 UTR) von Drosophila und der Bremse Haematopota pluvialis identifiziert, die in Anwesenheit von BCD die translationale Repression von Sensortranskripten herbeiführen. Diese RNA Regionen weisen Ähnlichkeiten in ihren Sekundärstrukturen auf und könnten die Grundlage für ein konserviertes BCD-Bindungselement darstellen. Die direkte Bindung der BCD-Homeodomäne an diese RNA-Regionen wurde mit Hilfe eines elektrophoretischen Mobilitäts-Assays nachgewiesen. Die BCD-Bindungsregion der Drosophila 3 UTR überlappt mit einer putativen Bindungsstelle der microRNA miR-308. Mutationen in dieser Region verhindern einerseits die miR-308-Bindung und andererseits die BCD-abhängige translationale Repression des Sensors. Des Weiteren können auch verschiedene Isoformen des BCD Proteins die Translation von Sensortranskripten verhindern. Zusammenfassend weisen diese Ergebnisse auf das Vorhandensein von alternativen Mechanismen der cadDrosophila hin und könnten auch in anderen Insektenarten vorhanden sein.
Schlagwörter: bicoid; caudal; Translationale Repression; microRNA; Drosophila melanogaster; Tribolium castaneum; Haematopota pluvialis; mRNA; Evolution